Hlavným mechanizmom účinku hormónov je fyziológia. Mechanizmy účinku hormónov

Sú tam tri možné možnosti mechanizmus účinku hormónov.

Membránový alebo lokálny mechanizmus- spočíva v tom, že hormón v mieste väzby na bunkovú membránu mení svoju priepustnosť pre metabolity, napríklad glukózu, aminokyseliny a niektoré ióny. Prísun glukózy a aminokyselín zasa ovplyvňuje biochemické procesy v bunke a zmena distribúcie iónov na oboch stranách membrány ovplyvňuje elektrický potenciál a funkciu buniek. Membránový typ účinku hormónu sa zriedkavo nachádza v izolovanej forme. Napríklad inzulín má membránový (spôsobuje lokálne zmeny v transporte iónov, glukózy a aminokyselín) a membránovo-intracelulárny typ účinku.

Membránovo-intracelulárne typ účinku (alebo nepriameho) je charakteristický pre hormóny, ktoré neprenikajú do bunky, a preto ovplyvňujú metabolizmus prostredníctvom intracelulárneho chemického posla, ktorý je autorizovaným zástupcom hormónu vo vnútri bunky. Hormón prostredníctvom membránových receptorov ovplyvňuje funkciu signalizačných systémov (zvyčajne enzýmov), ktoré spúšťajú tvorbu alebo vstup intracelulárnych mediátorov. A tie druhé zasa ovplyvňujú aktivitu a množstvo rôzne enzýmy a tým zmeniť metabolizmus v bunke.

Cytosolický mechanizmus pôsobenie je charakteristické pre lipofilné hormóny, ktoré sú schopné preniknúť cez lipidovú vrstvu membrány do bunky, kde vstupujú do komplexu s cytosolickými receptormi. Tento komplex reguluje počet enzýmov v bunke, selektívne ovplyvňuje aktivitu génov jadrových chromozómov, a tým mení metabolizmus a funkcie bunky. Tento typ pôsobenia hormónu sa nazýva priamy, na rozdiel od membránovo-intracelulárneho pôsobenia, keď hormón reguluje metabolizmus len nepriamo, cez intracelulárnych sprostredkovateľov.

Hormóny štítnej žľazy a prištítnych teliesok

Hormóny štítna žľaza

Štítna žľaza vylučuje dve skupiny hormónov s rôznymi účinkami na metabolizmus. Prvou skupinou sú jódtyroníny: tyroxín a trijódtyronín. Tieto hormóny regulujú energetický metabolizmus a ovplyvňujú delenie a diferenciáciu buniek, určujúc vývoj tela. Jódtyroníny pôsobia na mnohé tkanivá tela, ale predovšetkým na tkanivá pečene, srdca, obličiek, kostrové svaly a v menšej miere na tukovom a nervovom tkanive.

Pri hyperfunkcii štítnej žľazy (hypertyreóza) sa pozoruje nadmerná tvorba jódtyronínov. Charakteristickým znakom tyreotoxikóza je zrýchlené odbúravanie sacharidov a tukov (mobilizovaných z tukových zásob). Rýchle spaľovanie mastných kyselín, glycerolu a produktov glykolýzy vyžaduje veľkú spotrebu kyslíka. Mitochondrie sa zväčšujú, napučiavajú a mení sa ich tvar. Preto sa tyreotoxikóza niekedy nazýva „mitochondriálna choroba“. Navonok sa hypertyreóza prejavuje nasledovnými príznakmi: zvýšený bazálny metabolizmus, zvýšená telesná teplota (zvýšená tvorba tepla), chudnutie, ťažká tachykardia, zvýšená nervová dráždivosť, vypuklé oči a pod. Tieto poruchy je možné zmierniť buď chirurgickým odstránením časti štítnej žľazy, prípadne pomocou liekov, ktoré tlmia jej činnosť.

Pri hypofunkcii (hypotyreóze) štítnej žľazy je nedostatok jódtyronínov. Hypotyreóza na začiatku detstva nazývaný kretinizmus alebo myxedém u detí a u dospelých jednoducho myxedém. Kretenizmus sa vyznačuje výrazným fyzickým a mentálna retardácia. Vysvetľuje sa to znížením účinku jódtyronínov na delenie a diferenciáciu buniek, čo má za následok pomalý a abnormálny rast kostného tkaniva, zhoršená diferenciácia neurónov. U dospelých sa myxedém prejavuje znížením bazálneho metabolizmu a telesnej teploty, zhoršením pamäti, poruchami kože (suchosť, šupinatenie) atď. V tkanivách tela je znížený metabolizmus sacharidov a tukov a všetky energetické procesy. Hypotyreóza sa eliminuje liečbou jódtyronínovými liekmi.

Do druhej skupiny patrí kalciotonín (bielkovina s molekulovou hmotnosťou 30 000), reguluje metabolizmus fosforu a vápnika, jeho pôsobenie je popísané nižšie.

V dôsledku interakcie s receptormi v cieľových bunkách môžu byť špecifické hormonálne účinky sprostredkované tromi hlavnými mechanizmami, a to:

1) priamy vplyv na membránové procesy;

2) systémy intracelulárnych „druhých poslov“;

3) pôsobenie na bunkové jadro.

Treba však mať na pamäti, že jeden hormón môže pôsobiť niekoľkými rôznymi mechanizmami. Je možné rozlíšiť množstvo hormónov rýchlo(metabolické) a pomaly(rastový) vplyv. Napríklad inzulín spôsobuje vo svaloch rýchle zmeny pri transporte a metabolizme cukrov a aminokyselín a dlhodobých, pomalých zmenách v syntéze a metabolizme bielkovín.

Pre rýchle účinky je mechanizmom skôr aktivácia enzymatického aparátu bunkových membrán, pomalé účinky vyžadujú interakciu jadrového genómu.

2.2.1. Priame membránové účinky

Hormóny môžu mať priamy vplyv na plazmatické membrány buniek:

a) zmeniť priepustnosť membrán pre ióny alebo transport určitých zlúčenín (napríklad vplyv inzulínu na transport glukózy a aminokyselín cez membrány);

b) zmeniť štruktúru membrány (napríklad otvorené póry);

c) zmeniť aktivitu nosičov (napríklad zmenou ich konformácie a afinity k prepravovaným látkam);

d) stimulovať tvorbu špecifických „pórov“ alebo „kanálov“ v membráne;

e) aktivovať špecifické membránové „pumpy“, napríklad jodidovú pumpu v bunkách štítnej žľazy.

2.2.2. Aktivácia intracelulárnych druhých poslov

Biologický účinok hormónov interagujúcich s receptormi lokalizovanými na plazmatickej membráne sa uskutočňuje pomocou špeciálnych látok - sekundárnych prenášačov resp. poslovia. V súčasnosti je známe, že úlohu prenášačov môžu zohrávať minimálne tieto látky: cyklický adenozín-3′,5′-monofosfát (cAMP) a cyklický guanozín-3′,5′-monofosfát (cGMP), inozitoltrifosfát, diacylglycerol, vápenaté ióny, eikosanoidy a niektoré ďalšie faktory neznámej povahy.

Práca c-AMP ako posla.

C-AMP sa tvorí v bunke pod vplyvom enzýmu adenylátcyklázy z molekúl ATP. Preto by mal byť hlavný účinok hormónu zameraný na zmenu aktivity adenylátcyklázy. Adenylátcykláza pozostáva z troch zložiek: receptora, regulačného proteínu a katalytickej podjednotky, ktoré sú v nestimulovanom stave od seba oddelené. Receptor sa nachádza na vonku membrány. Regulačná jednotka je reprezentovaná g-proteínom a nachádza sa na vnútorný povrch plazmatická membrána. V neprítomnosti hormónu sa viaže na guanozíndifosfát (GDP). Keď hormón pôsobí na receptorovú časť, podjednotka sa naviaže na guanozittrifosfát a aktivuje sa. Úlohou hormónu je nahradiť komplex g-proteín-GDP komplexom g-proteín-GTP. V dôsledku toho sa zvyšuje obsah c-AMP. Výsledný c-AMP aktivuje proteínkinázy. Každá molekula proteínkinázy pozostáva z dvoch regulačných a dvoch katalytických podjednotiek. CAMP spôsobuje disociáciu proteínkinázových podjednotiek, voľné katalytické podjednotky sú schopné fosforylovať špecifické proteínové substráty, čím sa realizujú intracelulárne účinky hormónov. (Tabuľka 4).

Tabuľka 3

Hormóny, ktorých účinky na tkanivo sú sprostredkované cAMP

Takže: hormón + receptor ® aktivácia adenylátcyklázy ® aktivácia proteínkinázy ® fosforylácia proteínov → vnútrobunkové účinky hormónu.

Cyklická GMP (cGMP)

CAMP sa tvorí v dôsledku aktivácie membránovej katalytickej jednotky, guanylcyklázy. Na rozdiel od adenylátcyklázy guanylcykláza súčasne funguje ako receptor a katalytická jednotka. Príklady hormónov, ktoré priamo interagujú s membránovou guanylcyklázou a sprostredkovávajú svoje účinky prostredníctvom cGMP, sú atriálne natriuretické peptidy a oxid dusnatý.

Fosfoinozitidy

Keď sa hormón naviaže na membránový receptor, môže sa aktivovať systém druhých poslov vytvorených z membránových fosfolipidov. Receptor je v takýchto prípadoch v komplexe s G-proteínom a keď receptor interaguje s hormónom, aktivuje sa membránový enzým (fosfolipáza C). Pôsobením na membránové fosfolipidy, konkrétne fosfatidylinozitol-4,5-bifosfát (PIP 2), vedie tento enzým k tvorbe inozitol trifosfát(AK 3) a diacylglycerol(DAG) (obr. 5). Tieto zlúčeniny potom pôsobia ako druhí poslovia a ovplyvňujú vnútrobunkové hladiny vápnika.

Ryža. 5. Príklad aktivácie membránovej fosfolipázy hormónom.

Väzbou hormónu na jeho membránový receptor môže dôjsť k aktivácii membránovej fosfolipázy C (PLS), pôsobením ktorej z fosfaimdylinozitoldifosfátu (PIP 2) vzniká inozitoltrifosfát (IP 3) a diacylglycerol (DAG). IP3 zvyšuje pohyb iónov vápnika z vnútrobunkových zásob do cytoplazmy a DAG aktivuje proteínkinázu C (PKC).

Vápnik, ktorý je mobilizovaný zo zásob citlivých na IF3, stimuluje jeho uvoľňovanie z iných (necitlivých na IF3) vnútrobunkových zásob, v dôsledku čoho sa „vlna“ tohto iónu rýchlo šíri po celej cytoplazme. Zvýšenie hladiny vápnika v cytoplazme znamená objavenie sa ďalšieho intracelulárneho mediátora, pretože ióny vápnika majú početné účinky na metabolické procesy.

IP 3 produkuje rôzne iné fosforylované formy inozitolu, z ktorých väčšina je neaktívna, aj keď niektoré môžu zvyšovať intracelulárne účinky IP 3.

FIF 2 tiež vyrába diacylglycerol(DAG), ktorý aktivuje membránový enzým proteínkinázu C (PKC). Tento enzým fosforyluje vnútrobunkové proteíny, ktoré potom môžu ovplyvňovať rôzne metabolické procesy (v cytoplazme aj v jadre), čím dochádza k prejavom hormonálnych účinkov. Aktivácia PKC pomocou DAG môže tiež zvýšiť aktivitu vápnikovej pumpy bunková membrána, ktorý zabezpečuje obnovenie počiatočnej hladiny vápnika v cytoplazme.

Posol sú vápenaté ióny.

Proces aktivácie proteínkináz súvisí aj s interakciou iónov vápnika s bunkovým regulačným proteínom – kalmodulínom. Kalmodulín je zvyčajne v neaktívnom stave, a preto nie je schopný uplatniť svoj regulačný účinok na enzýmy. V prítomnosti vápnika sa aktivuje kalmodulín, čo vedie k aktivácii proteínkináz, čo následne vedie k fosforylácii proteínov.

Úlohou hormónu je v tomto prípade zmeniť permeabilitu bunkovej membrány pre ióny vápnika alebo uvoľnením voľných iónov vápnika z intracelulárnych

depot (obr. 5).

Zvýšená úroveň intracelulárny vápnik sa eliminuje stimuláciou kalciovej pumpy, ktorá „pumpuje“ voľný vápnik do medzibunkovej tekutiny, čím sa znižuje jeho hladina v bunke, v dôsledku čoho sa kalmodulín stáva neaktívnym a v bunke sa obnovuje stav funkčného pokoja.

Takže: hormón + receptor ® zvýšená hladina vápnika v bunke ® aktivácia kalmodulínu ® aktivácia proteínkinázy ® fosforylácia regulačného proteínu ® fyziologický účinok.

Iní poslovia.

Kyselina arachidónová môže byť tiež mediátormi hormonálneho účinku. Interakcia hormónu s receptorom podporuje deštrukciu membránových fosfolipidov a zvýšenú tvorbu kyseliny arachidónovej a prostaglandínov, ktoré sprostredkúvajú hormonálny účinok.

Syntéza prostaglandínov prechádza tvorbou nestabilných medziproduktov - endoperoxidov, ktoré slúžia ako prekurzory iných biologicky aktívnych zlúčenín - tromboxánov. Z endoperoxidov sa tvoria aj ďalšie aktívne molekuly, prostacyklíny.

Kyselina arachidónová je tiež prekurzorom ďalšej skupiny účinných látok - leukotriénov, ktoré sa syntetizujú v krvných leukocytoch. Na rozdiel od prostaglandínov a tromboxánov, ktoré pôsobia predovšetkým ako intracelulárni poslovia, sa leukotriény a prostacyklín uvoľňujú z buniek do krvi a možno ich považovať za hormóny.

2.2.3. Pôsobenie na bunkové jadro

Pre väčšinu génov, regulované hormónmi charakterizované prítomnosťou nukleotidových sekvencií, ktoré pôsobia ako elementy viažuce hormóny. V dôsledku väzby hormónu na cieľovú DNA sa mení proces transkripcie a v konečnom dôsledku sa syntetizuje požadovaná molekula proteínu. Môže sa vyskytnúť aj transkripčná represia.

V procese syntézy bielkovín existujú dve fázy, ktoré môžu byť ovplyvnené hormónmi:

Prepis kódu z DNA na RNA;

Translácia kódu mRNA počas syntézy proteínov na ribozómoch.

Hormóny štítnej žľazy a steroidné hormóny kortizol a estrogény stimulujú syntézu proteínov v štádiu transkripcie. Iné hormóny, ktoré stimulujú syntézu proteínov v bunke, ovplyvňujú syntézu proteínov v štádiu translácie.

4 hlavné metabolické regulačné systémy: Centrálne nervový systém(v dôsledku prenosu signálu cez nervové impulzy a neurotransmitery); Endokrinný systém (pomocou hormónov, ktoré sú syntetizované v žľazách a transportované do cieľových buniek (na obr. A), parakrinné a autokrinné systémy (s účasťou signálnych molekúl vylučovaných z buniek do medzibunkového priestoru – eikosanoidy, histamíny, gastrointestinálny trakt). hormóny, cytokíny) (na obr. B a C); Imunitný systém(cez špecifické proteíny – protilátky, T-receptory, proteíny histokompatibilného komplexu.) Všetky úrovne regulácie sú integrované a pôsobia ako jeden celok.

Endokrinný systém reguluje metabolizmus prostredníctvom hormónov. Hormóny (starogr. ὁρμάω - vzrušujú, povzbudzujú) - - biologicky aktívne Organické zlúčeniny, ktoré sa v malých množstvách produkujú v žľazách vnútorná sekrécia, vykonať humorálna regulácia metabolizmus a majú rôzne chemické štruktúry.

Klasické hormóny majú množstvo charakteristík: Vzdialenosť účinku – syntéza v žľazách s vnútornou sekréciou, a regulácia vzdialených tkanív Selektivita účinku Prísna špecifickosť účinku Krátka doba účinku Pôsobia vo veľmi nízkych koncentráciách, pod kontrolou centrálneho nervového systému a regulácia ich pôsobenia sa vo väčšine prípadov vykonáva podľa druhu spätná väzba Pôsobí nepriamo prostredníctvom proteínových receptorov a enzymatických systémov

Organizácia neurohormonálnej regulácie Existuje prísna hierarchia alebo podriadenosť hormónov. Udržiavanie hladín hormónov v tele vo väčšine prípadov poskytuje mechanizmus negatívnej spätnej väzby.

Regulácia hladín hormónov v tele Zmena koncentrácie metabolitov v cieľových bunkách prostredníctvom mechanizmu negatívnej spätnej väzby potláča syntézu hormónov, pôsobiacich buď na endokrinné žľazy alebo hypotalamus. Existujú endokrinné žľazy, pre ktoré neexistuje žiadna regulácia pomocou tropických hormónov - pár štítnej žľazy, dreň nadobličiek, systém renín-aldosterón a pankreas. Ovládajú ich nervové vplyvy alebo koncentrácia niektorých látok v krvi.

Klasifikácia hormónov podľa biologických funkcií; mechanizmom účinku; Autor: chemická štruktúra; Existujú 4 skupiny: 1. Proteín-peptid 2. Hormóny odvodené od aminokyselín 3. Steroidné hormóny 4. Eikosanoidy

1. Proteín – peptidové hormóny Hormóny hypotalamu; hormóny hypofýzy; pankreatické hormóny - inzulín, glukagón; hormóny štítnej žľazy a prištítnych teliesok – kalcitonín a parathormón, resp. Vyrábajú sa najmä cielenou proteolýzou. Hormóny majú krátku životnosť a majú od 3 do 250 zvyškov AMK.

Hlavným anabolickým hormónom je inzulín, hlavným katabolickým hormónom je glukagón.

Niektorí predstavitelia proteín-peptidových hormónov: tyroliberín (pyroglu-his-pro-NN HH 22), inzulín a somatostatín.

2. Hormóny sú deriváty aminokyselín.Sú to deriváty aminokyseliny tyrozínu. Patria sem hormóny štítnej žľazy - trijódtyronín (II 33) a tyroxín (II 44), ako aj adrenalín a norepinefrín - katecholamíny.

3. Hormóny steroidnej povahy Syntetizované z cholesterolu (na obr.) Hormóny kôry nadobličiek - kortikosteroidy (kortizol, kortikosterón) Hormóny kôry nadobličiek - mineralokortikoidy (andosterón) Pohlavné hormóny: androgény (19 “C”) a estrogény (18 "C")

Eikosanoidy Prekurzorom všetkých eikozanoidov je kyselina arachidónová. Delia sa do 3 skupín – prostaglandíny, leukotriény, tromboxány. Eikazonoidy sú mediátory (lokálne hormóny) – rozšírená skupina signálnych látok, ktoré sa tvoria takmer vo všetkých bunkách tela a majú krátky dosah. Tým sa líšia od klasických hormónov syntetizovaných v špeciálnych bunkách žliaz s vnútornou sekréciou. .

Charakteristický rôzne skupiny eikasonoidy Prostaglandíny (Pg) – sú syntetizované takmer vo všetkých bunkách, okrem erytrocytov a lymfocytov. Rozlišujú sa tieto typy prostaglandínov: A, B, C, D, E, F. Funkcie prostaglandínov sa redukujú na zmenu tonusu hladkého svalstva priedušiek, urogenitálneho, resp. cievne systémy, gastrointestinálny trakt, pričom smer zmien sa mení v závislosti od typu prostaglandínov a podmienok. Ovplyvňujú aj telesnú teplotu. Prostacyklíny sú podtypom prostaglandínov (Pg I), ale navyše majú špeciálnu funkciu - inhibujú agregáciu krvných doštičiek a spôsobujú vazodilatáciu. Zvlášť aktívne sa syntetizujú v endoteli ciev myokardu, maternice a žalúdočnej sliznice. .

Tromboxány a leukotriény Tromboxány (Tx) sa tvoria v krvných doštičkách, stimulujú ich agregáciu a spôsobujú zúženie malých ciev. Leukotriény (Lt) sa aktívne syntetizujú v leukocytoch, v bunkách pľúc, sleziny, mozgu a srdca. Existuje 6 typov leukotriénov: A, B, C, D, E, F. V leukocytoch stimulujú motilitu, chemotaxiu a migráciu buniek do miesta zápalu. Spôsobujú aj kontrakciu svalov priedušiek v dávkach 100-1000-krát menších ako histamín.

Interakcia hormónov s receptormi cieľových buniek Pre prejav biologická aktivita Výsledkom väzby hormónov na receptory by mal byť signál, ktorý spustí biologickú odpoveď. Napríklad: štítna žľaza je cieľom tyreotropínu, pod vplyvom ktorého sa zvyšuje počet acinárnych buniek a zvyšuje sa rýchlosť syntézy hormónov štítnej žľazy. Cieľové bunky rozlišujú zodpovedajúci hormón vďaka prítomnosti zodpovedajúceho receptora.

Všeobecná charakteristika receptorov Receptory môžu byť umiestnené: - na povrchu bunkovej membrány - vo vnútri bunky - v cytosóle alebo v jadre. Receptory sú proteíny, ktoré môžu pozostávať z niekoľkých domén. Membránové receptory majú doménu rozpoznávania hormónov a väzbovú doménu, transmembránovú a cytoplazmatickú doménu. Intracelulárne (jadrové) – domény viažuce hormóny, domény viažuce DNA a proteíny, ktoré regulujú transdukciu.

Hlavné štádiá prenosu hormonálneho signálu: cez membránové (hydrofóbne) a intracelulárne (hydrofilné) receptory. Toto sú rýchle a pomalé spôsoby.

Hormonálny signál mení rýchlosť metabolických procesov: - zmenou aktivity enzýmov - zmenou počtu enzýmov. Podľa mechanizmu účinku rozlišujeme hormóny: - interagujúce s membránovými receptormi (peptidové hormóny, adrenalín, eikozanoidy) a - interagujúce s intracelulárnymi receptormi (steroidné a tyreoidálne hormóny)

Prenos hormonálnych signálov cez intracelulárne receptory pre steroidné hormóny (adrenokortikálne hormóny a pohlavné hormóny), hormóny štítnej žľazy (T 3 a T 4). Typ pomalého prenosu.

Prenos hormonálneho signálu cez membránové receptory Prenos informácie od primárneho posla hormónu prebieha cez receptor. Receptory transformujú tento signál na zmenu koncentrácie sekundárnych poslov, nazývaných druhí poslovia. Spojenie receptora s efektorovým systémom sa uskutočňuje prostredníctvom GG proteínu. Všeobecným mechanizmom, ktorým sa realizujú biologické účinky, je proces „fosforylácie – defosforylácie enzýmov“. rôzne mechanizmy prenos hormonálnych signálov cez membránové receptory – adenylátcykláza, guanylátcykláza, inozitolfosfátové systémy a iné.

Signál z hormónu sa transformuje na zmenu koncentrácie sekundárnych poslov - c. AMF, c. GTP, IF 3, DAG, CA 2+, NO.

Najbežnejším systémom prenosu hormonálnych signálov cez membránové receptory je systém adenylátcyklázy. Komplex hormón-receptor je spojený s G proteínom, ktorý má 3 podjednotky (α, β a γ). V neprítomnosti hormónu je podjednotka α spojená s GTP a adenylátcyklázou. Komplex hormón-receptor vedie k odštiepeniu βγ diméru z a GTP. α podjednotka GTP aktivuje adenylátcyklázu, ktorá katalyzuje tvorbu cyklického AMP (c. AMP). c. AMP aktivuje proteínkinázu A (PKA), ktorá fosforyluje enzýmy, ktoré menia rýchlosť metabolických procesov. Proteínkinázy sú klasifikované ako A, B, C atď.

Adrenalín a glukagón prostredníctvom systému prenosu hormonálnych signálov adenylátcyklázy aktivujú hormonálne závislú adipocytovú TAG lipázu. Vyskytuje sa pri strese tela (pôst, predĺženie svalová práca, chladenie). Inzulín blokuje tento proces. Proteínkináza A fosforyluje TAG lipázu a aktivuje ju. TAG lipáza štiepi mastné kyseliny z triacylglycerolov za vzniku glycerolu. Mastné kyseliny okysličujú a dodávajú telu energiu.

Prenos signálu z adrenergných receptorov. AC – adenylátcykláza, Pk. A – proteínkináza A, Pk. C – proteínkináza C, Fl. C – fosfolipáza C, Fl. A 2 – fosfolipáza A 2, Fl. D – fosfolipáza D, PC – fosfatidylcholín, PL – fosfolipidy, FA – kyselina fosfatidová, Ach. K – kyselina arachidónová, PIP 2 – fosfatidylinozitolbifosfát, IP 3 – inozitoltrifosfát, DAG – diacylglycerol, Pg – prostaglandíny, LT – leukotriény.

Adrenergné receptory všetkých typov realizujú svoj účinok prostredníctvom Gs proteínov. α-podjednotky tohto proteínu aktivujú adenylátcyklázu, ktorá zabezpečuje syntézu c v bunke. AMP z ATP a aktivácia c. AMP-dependentná proteínkináza A. ββ y-podjednotka proteínu Gs aktivuje Ca2+ kanály L-typu a maxi-K+ kanály. Pod vplyvom c. Proteínová kináza A závislá od AMP fosforyluje kinázu ľahkého reťazca myozínu a stáva sa neaktívnou a nie je schopná fosforylovať ľahké reťazce myozínu. Proces fosforylácie ľahkých reťazcov sa zastaví a bunka hladkého svalstva sa uvoľní.

Americkí vedci Robert Lefkowitz a Brian Kobilka získali v roku 2012 Nobelovu cenu za pochopenie mechanizmov interakcie adrenalínových receptorov s G-proteínmi. Interakcia beta-2 receptora (označené modrou farbou) s G-proteínmi (označené v zelená). Receptory spojené s G proteínom sú veľmi krásne, ak považujeme architektonické molekulárne zostavy bunky za majstrovské diela prírody. Nazývajú sa „polšpirálové“, pretože sú špirálovito zabalené v bunkovej membráne na spôsob hada vianočného stromčeka a „prepichnú“ ju sedemkrát, čím odkryjú „chvost“ na povrch, ktorý je schopný prijímať signál a vysielať konformačné zmeny v celej molekule.

G proteíny sú rodinou proteínov, ktoré patria k GTPázam a fungujú ako sprostredkovatelia v intracelulárnych signálnych kaskádach. G proteíny sú tak pomenované, pretože vo svojom signalizačnom mechanizme využívajú náhradu GDP ( Modrá farba) na GTF ( zelená farba) ako molekulárny funkčný „prepínač“ na reguláciu bunkových procesov.

G proteíny sú rozdelené do dvoch hlavných skupín - heterotrimérne („veľké“) a „malé“. Heterotrimérne G proteíny sú proteíny s kvartérnou štruktúrou, pozostávajúce z troch podjednotiek: alfa (α), beta (β) a gama (γ). Malé G-proteíny sú proteíny z jedného polypeptidového reťazca, majú molekulovú hmotnosť 20-25 k. A patria do nadrodiny malých GTPáz Ras. Ich jediný polypeptidový reťazec je homológny s a podjednotkou heterotrimérnych G proteínov. Obe skupiny G proteínov sa podieľajú na intracelulárnej signalizácii.

Cyklický adenozínmonofosfát (cyklický AMP, c. AMP, c. AMP) je derivát ATP, ktorý v tele pôsobí ako sekundárny posol, ktorý sa používa na intracelulárnu distribúciu signálov určitých hormónov (napríklad glukagónu alebo adrenalínu), ktoré nemôžu prejsť cez bunkovú membránu. .

Každý zo systémov prenosu hormonálnych signálov zodpovedá špecifickej triede proteínkináz Aktivita proteínkináz typu A je regulovaná c. AMP, proteínkináza G - c. GMF. Ca 2+ - kalmodulín-dependentné proteínkinázy sú riadené koncentráciou CA 2+. Proteínkinázy typu C sú regulované DAG. Zvýšenie hladiny akéhokoľvek druhého posla vedie k aktivácii určitej triedy proteínkináz. Niekedy môže mať podjednotka membránového receptora enzýmovú aktivitu. Napríklad: inzulínový receptor tyrozín proteínkináza, ktorej aktivita je regulovaná hormónom.

Účinok inzulínu na cieľové bunky začína potom, čo sa naviaže na membránové receptory a intracelulárna doména receptora má tyrozínkinázovú aktivitu. Tyrozínkináza spúšťa fosforyláciu intracelulárnych proteínov. Výsledná autofosforylácia receptora vedie k zvýšeniu primárneho signálu. Inzulínový receptorový komplex môže spôsobiť aktiváciu fosfolipázy C, tvorbu druhých poslov inozitoltrifosfát a diacylglycerol, aktiváciu proteínkinázy C, inhibíciu c. AMF. Zapojenie niekoľkých systémov druhého posla vysvetľuje rozmanitosť a rozdiely v účinkoch inzulínu v rôznych tkanivách.

Ďalším systémom je guanylátcyklázový messenger systém. Cytoplazmatická doména receptora má aktivitu guanylátcyklázy (enzým obsahujúci hem). Molekuly c. GTP môže aktivovať iónové kanály alebo proteínkinázu GG, ktoré fosforylujú enzýmy. c. GMP riadi výmenu vody a transport iónov v obličkách a črevách a slúži ako relaxačný signál v srdcovom svale.

Inozitol fosfátový systém. Väzba hormónu na receptor spôsobuje zmenu v konformácii receptora. Dochádza k disociácii G-G proteínu a GDP je nahradený GTP. Oddelená α-podjednotka spojená s molekulou GTP získava afinitu k fosfolipáze C. Pôsobením fosfolipázy-C sa hydrolyzuje membránový lipid fosfatidylinozitol-4, 5-bisfosfát (PIP 2) a inozitol-1, 4, 5- vzniká trifosfát (IP 3) a diacylglycerol (DAG). DAG sa podieľa na aktivácii enzýmu proteínkinázy C (PKC). Inozitol-1, 4, 5-trifosfát (IP 3) sa viaže na špecifické centrá Ca 2+ kanála membrány ER, čo vedie k zmene konformácie proteínu a otvoreniu kanála - Ca 2+ vstupuje do cytosólu. V neprítomnosti IF v cytosóle je kanál 3 uzavretý.

Mechanizmus účinku hormónov

Ako je uvedené vyššie, hormóny slúžia ako chemickí poslovia, ktorí prenášajú relevantné informácie (signál) z centrálneho nervového systému do prísne definovaných a vysoko špecifických cieľové bunky príslušné orgány alebo tkanivá.

Rozpoznacie centrá cieľových buniek, s ktorými sa hormón viaže, sú vysoko špecifické receptory . Úlohu takýchto receptorov zvyčajne vykonávajú glykoproteíny, ktorých špecifickosť je určená povahou sacharidovej zložky. Receptory pre väčšinu hormónov (proteíny a deriváty aminokyselín) sa nachádzajú v plazmatickej membráne buniek.

Uvažujme o hlavných biochemických dejoch, ktoré zabezpečujú prenos signálov z centrálneho nervového systému do orgánov a tkanív.

Vplyvom podnetov vznikajú v centrálnom nervovom systéme signály – nervové vzruchy, ktoré sa následne dostávajú do hypotalamu resp. miecha do drene nadobličiek.

IN hypotalamus prvé hormóny „vzdialeného“ pôsobenia, tzv neurohormóny alebo uvoľňujúce faktory (z anglického release – uvoľniť). Neurohormóny potom dosiahnu hypofýza, kde regulujú (posilňujú alebo inhibujú) sekréciu tropické hormóny , ktoré zase riadia procesy syntézy hormónov periférne žľazy .

Dreň nadobličiek pod vplyvom signálov z centrálneho nervového systému uvoľňuje adrenalín a množstvo ďalších hormonálne látky. Hypotalamus a dreň nadobličiek sú teda pod priamou kontrolou centrálneho nervového systému, zatiaľ čo ostatné endokrinné žľazy sú s centrálnym nervovým systémom spojené len nepriamo prostredníctvom hormónov hypotalamu a hypofýzy.

V dôsledku takéhoto prenosu sa syntetizujú endokrinné žľazy tela špecifické hormóny, ktoré majú regulačný účinok na rôzne orgány a telesné tkanivá.

Typy interakcií medzi endokrinnými žľazami

Medzi endokrinnými žľazami existujú zložité interakcie, medzi ktorými možno rozlíšiť tieto hlavné typy:

1. Interakcie podľa princípu pozitívna línia alebo negatívna odozva . Napríklad hormón stimulujúci štítnu žľazu produkovaný v hypofýze stimuluje tvorbu hormónov štítnej žľazy (pozitívny priamy vzťah), ale zvýšenie koncentrácie hormónov štítnej žľazy nad normu bráni tvorbe hormón stimulujúci štítnu žľazu hypofýza (negatívna spätná väzba).

2. Synergizmus a antagonizmus hormonálne vplyvy . Adrenalín, syntetizovaný nadobličkami, aj glukagón, vylučovaný pankreasom, spôsobujú zvýšenie hladiny glukózy v krvi v dôsledku rozkladu glykogénu v pečeni (synergizmus). Zo skupiny ženských pohlavných hormónov progesterón oslabuje a estrogény posilňujú kontrakčné funkcie svalov maternice (antagonizmus).

V súčasnosti je známych niekoľko mechanizmov účinku hormónov, hlavné sú tieto:

1) membrána ;

2) membránovo-intracelulárne (nepriame);

3) cytosolický (priamo).

Stručne zvážime vlastnosti každého z uvedených mechanizmov účinku hormónov.

Membránový mechanizmus zriedkavo sa vyskytuje v izolovanej forme a spočíva v tom, že hormón v dôsledku medzimolekulových interakcií s receptorovou proteínovou časťou bunkovej membrány a jej následnými konformačnými preskupeniami mení (zvyčajne zvyšuje) priepustnosť membrány pre určité biočastice (glukóza, amino kyseliny, anorganické ióny atď.). V tomto prípade hormón pôsobí ako alosterický efektor transportných systémov bunkovej membrány. Potom látky, ktoré vstupujú do bunky, ovplyvňujú biochemické procesy v nej prebiehajúce, napríklad ióny menia elektrický potenciál buniek.

Membránovo-intracelulárny mechanizmus pôsobenie je charakteristické pre peptidové hormóny a adrenalín, ktoré nie sú schopné preniknúť do bunky a ovplyvniť vnútrobunkové procesy prostredníctvom chemického sprostredkovateľa, ktorého úlohu vo väčšine prípadov zohrávajú cyklické nukleotidy - cyklický 3,5"-AMP (cAMP), cyklické 3,5" -GMP (cGMP) a Ca2+ ióny.

Cyklické nukleotidy sú syntetizované guanylátcyklázou a kalcium-dependentnou adenylátcyklázou, ktoré sú zapustené v membráne a pozostávajú z troch vzájomne prepojených fragmentov (obr.): receptor na rozpoznávanie vonkajšej membrány R, ktorý má stereochemickú afinitu k tomuto hormónu; intermediárny N-proteín, ktorý má GDP väzbové a štiepiace miesto; katalytická časť C, reprezentovaná samotnou adenylátcyklázou, v ktorej aktívnom centre môže prebiehať nasledujúca reakcia:

ATP = cATP + H4P207

Keď hormón interaguje s receptorom, zmení sa konformácia konjugovaného N-proteínu a GDP nachádzajúci sa na neaktívnom proteíne je nahradený GTP. GTP-N-proteínový komplex aktivuje adenylátcyklázu a spúšťa syntézu cAMP z ATP. Adenylátcykláza sa udržiava v aktívnom stave, pokiaľ existuje komplex hormón-receptor. Vďaka tomu sa signál znásobí: na jednu molekulu hormónu sa vo vnútri bunky syntetizuje 10–100 molekúl cAMP. Podobný mechanizmus sa realizuje aj prostredníctvom cGMP.

Vplyv cyklických nukleotidov na biochemické procesy zaniká pôsobením špeciálnych enzýmov - fosfodiesteráz, ktoré ničia ako samotné cyklické nukleotidy, tak aj zlúčeniny vznikajúce ich pôsobením - fosfoproteíny. Necyklické formy AMP a GMP tieto procesy inaktivujú.

Cytosolický mechanizmus pôsobenie je charakteristické pre hormóny, čo sú lipofilné látky, ktoré sú schopné prenikať do buniek cez lipidovú vrstvu membrány (steroidné hormóny, tyroxín). Tieto hormóny, prenikajúce do bunky, tvoria molekulárne komplexy s proteínovými cytoplazmatickými receptormi. Potom je hormón v rámci komplexov so špeciálnymi transportnými proteínmi transportovaný do bunkového jadra, kde spôsobuje zmenu aktivity génu, regulujúceho procesy transkripcie alebo translácie.

Zatiaľ čo peptidové hormóny ovplyvňujú postsyntetické deje, steroidné hormóny ovplyvňujú bunkový genóm.

V súčasnosti sa rozlišujú tieto možnosti pôsobenia hormónov:

1. hormonálne alebo hemokrínne, tie. pôsobenie v značnej vzdialenosti od miesta formácie;
2. izokrinné alebo lokálne, Kedy Chemická látka, syntetizovaný v jednej bunke, má vplyv na bunku umiestnenú v tesnom kontakte s prvou a uvoľňovanie tejto látky sa uskutočňuje do intersticiálnej tekutiny a krvi;
3. neurokrinné alebo neuroendokrinné (synaptické a nesynaptické), akcia, keď sa hormón uvoľňuje z nervových zakončení, plní funkciu neurotransmitera alebo neuromodulátora, t.j. látka, ktorá mení (zvyčajne zosilňuje) pôsobenie neurotransmiteru;
4. parakrinný- druh izokrinného pôsobenia, ale v tomto prípade hormón vytvorený v jednej bunke vstupuje do medzibunkovej tekutiny a ovplyvňuje množstvo buniek umiestnených v tesnej blízkosti;
5. juxtakrín- druh parakrinného pôsobenia, keď hormón nevstupuje do medzibunkovej tekutiny a signál sa prenáša cez plazmatická membránaďalšia bunka umiestnená v blízkosti;
6. autokrinné pôsobenie, keď hormón uvoľnený z bunky pôsobí na tú istú bunku a mení ju funkčná činnosť;
7. solinocrín akcia, keď hormón z jednej bunky vstúpi do lúmenu kanálika a tak dosiahne inú bunku, pričom na ňu má špecifický účinok (napríklad niektoré gastrointestinálne hormóny).

Syntéza proteínových hormónov, podobne ako iných proteínov, je pod genetickou kontrolou a typické bunky cicavcov exprimujú gény, ktoré kódujú 5 000 až 10 000 rôzne bielkoviny a niektoré vysoko diferencované bunky – až 50 000 proteínov. Celá syntéza bielkovín začína transpozícia segmentov DNA, potom transkripcia, post-transkripčné spracovanie, preklad, post-translačné spracovanie a modifikácia. Mnoho polypeptidových hormónov sa syntetizuje vo forme veľkých prekurzorov - prohormóny(proinzulín, proglukagón, proopiomelanokortín atď.). Premena prohormónov na hormóny prebieha v Golgiho aparáte.

Existujú dva hlavné mechanizmy účinku hormónov na bunkovej úrovni:
1. Realizácia účinku z vonkajšieho povrchu bunkovej membrány.
2. Účinok sa realizuje po preniknutí hormónu do bunky.

1) Realizácia účinku z vonkajšieho povrchu bunkovej membrány

V tomto prípade sú receptory umiestnené na bunkovej membráne. V dôsledku interakcie hormónu s receptorom sa aktivuje membránový enzým adenylátcykláza. Tento enzým podporuje tvorbu z kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP) najdôležitejšieho intracelulárneho mediátora hormonálnych účinkov - cyklického 3,5-adenozínmonofosfátu (cAMP). cAMP aktivuje bunkový enzým proteínkinázu, ktorá realizuje pôsobenie hormónu. Zistilo sa, že hormón-dependentná adenylátcykláza je bežný enzým, na ktorý pôsobia rôzne hormóny, zatiaľ čo hormonálne receptory sú početné a špecifické pre každý hormón. Sekundárni sprostredkovatelia okrem cAMP môže byť prítomný cyklický 3,5-guanozínmonofosfát (cGMP), vápenaté ióny, inozitoltrifosfát. Takto pôsobia peptidové a proteínové hormóny a deriváty tyrozínu – katecholamíny. Charakteristickým znakom pôsobenia týchto hormónov je relatívna rýchlosť odpovede, ktorá je spôsobená aktiváciou predchádzajúcich už syntetizovaných enzýmov a iných proteínov.

Hormóny robia svoju prácu biologický účinok, komplexovanie s receptormi - informačnými molekulami, ktoré transformujú hormonálny signál na hormonálne pôsobenie. Väčšina hormónov interaguje s receptormi umiestnenými na plazmatické membrány bunky, a iné hormóny – s receptormi lokalizovanými intracelulárne, t.j. s cytoplazmatický A jadrové.

Plazmatické receptory sa v závislosti od ich štruktúry delia na:

1. sedem fragmentov(slučky);
2. receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva z jeden fragment(slučky alebo reťaze);
3. receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva z štyri fragmenty(slučky).

Hormóny, ktorých receptor pozostáva zo siedmich transmembránových fragmentov, zahŕňajú:
ACTH, TSH, FSH, LH, ľudský choriový gonadotropín, prostaglandíny, gastrín, cholecystokinín, neuropeptid Y, neuromedín K, vazopresín, adrenalín (a-1 a 2, b-1 a 2), acetylcholín (M1, M2, M3 a M4), serotonín (1A, 1B, 1C, 2 ), dopamín (D1 a D2), angiotenzín, látka K, látka P alebo neurokinín typu 1, 2 a 3, trombín, interleukín-8, glukagón, kalcitonín, sekretín, somatoliberín, VIP, peptid aktivujúci adenylát cyklázu hypofýzy, glutamát (MG1 - MG7), adenín.

Druhá skupina zahŕňa hormóny, ktoré majú jeden transmembránový fragment:
GH, prolaktín, inzulín, somatoammotropín alebo placentárny laktogén, IGF-1, nervové rastové faktory alebo neurotrofíny, hepatocytový rastový faktor, atriálny natriuretický peptid typu A, B a C, onkostatín, erytropoetín, ciliárny neurotrofický faktor, leukemický inhibičný faktor, nádorová nekróza (p75 a p55), nervový rastový faktor, interferóny (a, b a g), epidermálny rastový faktor, neurodiferenciačný faktor, fibroblastové rastové faktory, rastové faktory krvných doštičiek A a B, faktor stimulujúci kolónie makrofágov, aktivín, inhibín, interleukíny -2, 3, 4, 5, 6 a 7, faktor stimulujúci kolónie granulocytov a makrofágov, faktor stimulujúci kolónie granulocytov, lipoproteín s nízkou hustotou, transferín, IGF-2, aktivátor plazminogénu urokinázy.

Hormóny tretej skupiny, ktorých receptor má štyri transmembránové fragmenty, zahŕňajú:
acetylcholín (nikotínový sval a nerv), serotonín, glycín, kyselina g-aminomaslová.

Spojenie receptora s efektorovými systémami sa uskutočňuje prostredníctvom takzvaného G-proteínu, ktorého funkciou je zabezpečiť opakovaný prenos hormonálneho signálu na úrovni plazmatickej membrány. G proteín vo svojej aktivovanej forme stimuluje syntézu cyklického AMP prostredníctvom adenylátcyklázy, ktorá spúšťa kaskádový mechanizmus aktivácie intracelulárnych proteínov.

Spoločným základným mechanizmom, ktorým sa realizujú biologické účinky „druhých“ poslov vo vnútri bunky, je proces fosforylácia – defosforylácia proteíny za účasti širokej škály proteínkináz, ktoré katalyzujú transport koncovej skupiny z ATP do OH skupín serínu a treonínu a v niektorých prípadoch aj tyrozínu cieľových proteínov. Proces fosforylácie je najdôležitejšou posttranslačnou chemickou modifikáciou proteínových molekúl, ktorá radikálne mení ich štruktúru aj funkciu. Spôsobuje to najmä zmenu štrukturálne vlastnosti(asociácia alebo disociácia jednotlivých podjednotiek), aktivácia alebo inhibícia ich katalytických vlastností, v konečnom dôsledku určujúca rýchlosť chemických reakcií a vo všeobecnosti funkčnú aktivitu buniek.

adenylátcyklázový messengerový systém

Najviac študovaná je adenylátcyklázová dráha prenosu hormonálneho signálu. Zahŕňa najmenej päť dobre preštudovaných proteínov:
1)hormonálny receptor;
2)enzým adenylátcykláza, ktorý vykonáva funkciu syntézy cyklického AMP (cAMP);
3)G proteín ktorý komunikuje medzi adenylátcyklázou a receptorom;
4)cAMP-dependentná proteínkináza katalyzovanie fosforylácie intracelulárnych enzýmov alebo cieľových proteínov, čím sa mení ich aktivita;
5)fosfodiesterázy, čo spôsobí rozpad cAMP a tým zastaví (preruší) účinok signálu

Ukázalo sa, že väzba hormónu na β-adrenergný receptor vedie k štrukturálnym zmenám v intracelulárnej doméne receptora, čo následne zabezpečuje interakciu receptora s druhým proteínom signálnej dráhy, GTP-väzbou.

GTP-viažuci proteín – G proteín- je zmesou 2 druhov bielkovín:
aktívne G s (z angl. stimulatory G)
inhibičný G i
Každá z nich obsahuje tri rôzne podjednotky (α-, β- a γ-), t.j. toto sú heterotriméry. Ukázalo sa, že p-podjednotky Gs a Gi sú identické; súčasne sa ukázalo, že α-podjednotky, ktoré sú produktmi rôznych génov, sú zodpovedné za prejav aktivačnej a inhibičnej aktivity G proteínom. Komplex hormónových receptorov dáva G proteínu schopnosť nielen ľahko vymieňať endogénne viazaný GDP za GTP, ale aj prenášať G s proteín do aktivovaného stavu, pričom aktívny G proteín disociuje v prítomnosti Mg 2+ iónov na β -, y-podjednotky a komplexné a-podjednotky Gs vo forme GTP; tento aktívny komplex sa potom presúva na molekulu adenylátcyklázy a aktivuje ju. Samotný komplex potom podlieha samoinaktivácii v dôsledku energie rozpadu GTP a opätovného spojenia β- a γ-podjednotiek za vzniku pôvodnej formy HDP Gs.

Retz- receptor; G- G proteín; AC-adenylátcykláza.

Je integrálnym proteínom plazmatických membrán, jeho aktívne centrum je orientované smerom k cytoplazme a katalyzuje reakciu syntézy cAMP z ATP:

Katalytická zložka adenylátcyklázy, izolovaná z rôznych živočíšnych tkanív, je reprezentovaná jediným polypeptidom. V neprítomnosti G proteínov je prakticky neaktívny. Obsahuje dve skupiny SH, z ktorých jedna sa podieľa na konjugácii s proteínom G s a druhá je nevyhnutná pre prejav katalytickej aktivity.Pôsobením fosfodiesterázy sa cAMP hydrolyzuje za vzniku neaktívneho 5'-AMP.

Proteínkináza je intracelulárny enzým, prostredníctvom ktorého cAMP realizuje svoj účinok. Proteínkináza môže existovať v 2 formách. V neprítomnosti cAMP je proteínkináza prezentovaná ako tetramérny komplex pozostávajúci z dvoch katalytických (C2) a dvoch regulačných (R2) podjednotiek; v tejto forme je enzým neaktívny. V prítomnosti cAMP sa komplex proteínkinázy reverzibilne disociuje na jednu podjednotku R2 a dve voľné katalytické podjednotky C; posledné uvedené majú enzymatickú aktivitu, katalyzujúcu fosforyláciu proteínov a enzýmov, čím menia bunkovú aktivitu.

Aktivita mnohých enzýmov je regulovaná fosforyláciou závislou od cAMP; podľa toho väčšina hormónov proteín-peptidovej povahy aktivuje tento proces. Avšak množstvo hormónov má inhibičný účinok na adenylátcyklázu, čo zodpovedajúcim spôsobom znižuje hladinu cAMP a fosforyláciu proteínov. Najmä hormón somatostatín, spájajúci sa so svojím špecifickým receptorom - inhibičným G proteínom (Gi, ktorý je štrukturálnym homológom Gs proteínu), inhibuje syntézu adenylátcyklázy a cAMP, t.j. spôsobuje účinok priamo opačný ako účinok spôsobený adrenalínom a glukagónom. V mnohých orgánoch majú prostaglandíny (najmä PGE 1) tiež inhibičný účinok na adenylátcyklázu, hoci v rovnakom orgáne (v závislosti od typu bunky) môže rovnaký PGE 1 aktivovať syntézu cAMP.

Podrobnejšie bol študovaný mechanizmus aktivácie a regulácie svalovej glykogén fosforylázy, ktorá aktivuje rozklad glykogénu. Existujú 2 formy:
katalyticky aktívny - fosforyláza a A
neaktívne - fosforyláza b.

Obe fosforylázy sú postavené z dvoch identických podjednotiek, v každej z nich serínový zvyšok v polohe 14 podlieha procesu fosforylácie-defosforylácie, aktivácie a inaktivácie.

Pôsobením fosforylázy b kinázy, ktorej aktivita je regulovaná cAMP-dependentnou proteínkinázou, obe podjednotky molekuly inaktívnej formy fosforylázy b podliehajú kovalentnej fosforylácii a premieňajú sa na aktívnu fosforylázu a. Defosforylácia tohto enzýmu pôsobením špecifickej fosfatázovej fosforylázy a vedie k inaktivácii enzýmu a návratu do pôvodného stavu.

Otvorené vo svalovom tkanive 3 druhy regulácia glykogén fosforylázy.
Prvý typ – kovalentná regulácia, založené na hormonálne závislej fosforylácii-defosforylácii podjednotiek fosforylázy.
Druhý typ – alosterická regulácia. Je založená na adenylačno-deadenylačných reakciách podjednotiek glykogénfosforylázy b (aktivácia-inaktivácia). Smer reakcií je určený pomerom koncentrácií AMP a ATP, ktoré sa nepridávajú do aktívneho centra, ale do alosterického centra každej podjednotky.

V pracujúcom svale akumulácia AMP v dôsledku spotreby ATP spôsobuje adenyláciu a aktiváciu fosforylázy b. Naopak, v pokoji, vysoké koncentrácie ATP, vytesňujúceho AMP, vedú k alosterickej inhibícii tohto enzýmu prostredníctvom deadenylácie.
Tretí typ – regulácia vápnika, na základe alosterickej aktivácie fosforylázy b kinázy iónmi Ca 2+, ktorých koncentrácia sa zvyšuje so svalovou kontrakciou, čím sa podporuje tvorba aktívnej fosforylázy a.

Systém prenášačov guanylátcyklázy

Dosť na dlhú dobu cyklický guanozínmonofosfát (cGMP) bol považovaný za antipód cAMP. Pripisovali sa mu funkcie opačné ako cAMP. K dnešnému dňu sa získalo veľa dôkazov, že cGMP patrí nezávislú rolu pri regulácii funkcie buniek. Najmä v obličkách a črevách riadi transport iónov a výmenu vody, v srdcovom svale slúži ako relaxačný signál atď.

Biosyntéza cGMP z GTP sa uskutočňuje pôsobením špecifickej guanylátcyklázy analogicky so syntézou cAMP:

Komplex adrenalínových receptorov: AC- adenylátcykláza, G- G proteín; C a R- katalytické a regulačné podjednotky proteínkinázy; KF- fosforylázová kináza b; F- fosforyláza; Glk-1-P- glukóza-1-fosfát; Glk-6-P- glukóza-6-fosfát; UDF-Glk- uridíndifosfát glukóza; HS- glykogénsyntáza.

Sú známe štyri rôzne formy guanylátcyklázy, z ktorých tri sú viazané na membránu a jedna je rozpustná a otvorená v cytosóle.

Formy viazané na membránu pozostávajú z 3 pozemky:
receptor, lokalizované na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány;
intramembránová doména A
katalytická zložka, rovnaký rôzne formy enzým.
Guanylátcykláza bola objavená v mnohých orgánoch (srdce, pľúca, obličky, nadobličky, črevný endotel, sietnica atď.), čo naznačuje jej širokú účasť na regulácii intracelulárneho metabolizmu sprostredkovaného prostredníctvom cGMP. Enzým viazaný na membránu je aktivovaný prostredníctvom zodpovedajúcich receptorov krátkymi extracelulárnymi peptidmi, najmä hormónom atriálnym natriuretickým peptidom (ANP), tepelne stabilným toxínom. gramnegatívne baktérie ANF, ako je známe, sa syntetizuje v predsieni ako odpoveď na zvýšenie objemu krvi, vstupuje s krvou do obličiek, aktivuje guanylátcyklázu (v súlade s tým zvyšuje hladinu cGMP), čím podporuje vylučovanie sodíka a vody. Bunky hladkého svalstva ciev tiež obsahujú podobný systém receptor-guanylátcyklázy, prostredníctvom ktorého ANF naviazaný na receptor má vazodilatačný účinok, čím pomáha znižovať krvný tlak. V bunkách črevného epitelu môže slúžiť aktivátor systému receptor-guanylátcyklázy bakteriálny endotoxín, čo vedie k pomalšiemu vstrebávaniu vody v črevách a rozvoju hnačky.

Rozpustná forma guanylátcyklázy je enzým obsahujúci hém pozostávajúci z 2 podjednotiek. Na regulácii tejto formy guanylátcyklázy sa podieľajú nitrovazodilatátory a voľné radikály – produkty peroxidácie lipidov. Jedným zo známych aktivátorov je endoteliálny faktor (EDRF), čo spôsobuje relaxáciu ciev. Aktívna ingrediencia prirodzeným ligandom tohto faktora je oxid dusnatý NO. Túto formu enzýmu aktivujú aj niektoré nitrózovazodilatátory (nitroglycerín, nitroprusid atď.) používané pri srdcových ochoreniach; rozkladom týchto liekov sa uvoľňuje aj NO.

Oxid dusnatý vzniká z aminokyseliny arginínu za účasti komplexného Ca2+-dependentného enzýmového systému s zmiešaná funkcia nazývaná NO syntáza:

Oxid dusnatý pri interakcii s guanylátcyklázou hem podporuje rýchle vzdelávanie cGMP, ktorý znižuje silu srdcových kontrakcií stimuláciou iónových púmp, ktoré fungujú pri nízkych koncentráciách Ca2+. Účinok NO je však krátkodobý, niekoľko sekúnd, lokalizovaný – v blízkosti miesta jeho syntézy. Nitroglycerín, ktorý uvoľňuje NO pomalšie, má podobný účinok, no trvácnejší.

Boli získané dôkazy, že väčšina účinkov cGMP je sprostredkovaná prostredníctvom cGMP-dependentnej proteínkinázy nazývanej proteínkináza G. Tento enzým, rozšírený v eukaryotických bunkách, sa získava vo svojej čistej forme. Skladá sa z 2 podjednotiek – katalytickej domény so sekvenciou podobnou sekvencii C-podjednotky proteínkinázy A (závislá od cAMP), a z regulačnej domény podobnej R-podjednotke proteínkinázy A. Avšak proteínkinázy A a G rozpoznávajú rôzne proteínové sekvencie, podľa toho regulujú fosforyláciu OH skupiny serínu a treonínu rôznych intracelulárnych proteínov a tým vytvárajú rôzne biologické účinky.

Hladina cyklických nukleotidov cAMP a cGMP v bunke je riadená zodpovedajúcimi fosfodiesterázami, ktoré katalyzujú ich hydrolýzu na 5"-nukleotidové monofosfáty a líšia sa afinitou k cAMP a cGMP. Rozpustná kalmodulín-dependentná fosfodiesteráza a membránovo viazaná izoforma, nie regulované Ca2+ a kalmodulínom, boli izolované a charakterizované.

Ca 2+ messenger systém

Ca 2+ ióny hrajú ústrednú úlohu v regulácii mnohých bunkové funkcie. Zmena koncentrácie intracelulárneho voľného Ca 2+ je signálom pre aktiváciu alebo inhibíciu enzýmov, ktoré následne regulujú metabolizmus, kontraktilnú a sekrečnú aktivitu, adhéziu a rast buniek. Zdroje Ca2+ môžu byť intra- a extracelulárne. Normálne koncentrácia Ca2+ v cytosóle nepresahuje 10-7 M a jeho hlavnými zdrojmi sú endoplazmatické retikulum a mitochondrie. Neurohormonálne signály vedú k prudký nárast koncentrácie Ca 2+ (do 10 –6 M), ktoré prichádzajú zvonka cez plazmatickú membránu (presnejšie cez napäťovo závislé a receptorovo závislé vápnikových kanálov a z intracelulárnych zdrojov. Jedným z najdôležitejších mechanizmov vedenia hormonálneho signálu v kalciovom mediátorovom systéme je spustenie bunkových reakcií (odpovedí) aktiváciou špecifickej Ca2+ -kalmodulín-dependentná proteínkináza. Ukázalo sa, že regulačnou podjednotkou tohto enzýmu je proteín viažuci Ca2+ kalmodulín. Keď sa koncentrácia Ca2+ v bunke zvýši ako odpoveď na prichádzajúce signály, špecifická proteínkináza katalyzuje fosforyláciu mnohých vnútrobunkových cieľových enzýmov, čím reguluje ich aktivitu. Ukázalo sa, že fosforyláza b kináza, aktivovaná iónmi Ca2+, podobne ako NO syntáza, zahŕňa kalmodulín ako podjednotku. Kalmodulín je súčasťou rôznych iných proteínov viažucich Ca2+. So zvýšením koncentrácie vápnika je väzba Ca 2+ na kalmodulín sprevádzaná jeho konformačnými zmenami a v tejto forme viazanej na Ca 2+ kalmodulín moduluje aktivitu mnohých intracelulárnych proteínov (odtiaľ pochádza jeho názov).

Intracelulárny messengerový systém tiež zahŕňa deriváty fosfolipidov v membránach eukaryotických buniek, najmä fosforylované deriváty fosfatidylinozitolu. Tieto deriváty sa uvoľňujú v reakcii na hormonálny signál (napríklad z vazopresínu alebo tyreotropínu) pôsobením špecifickej membránovo viazanej fosfolipázy C. V dôsledku postupných reakcií sa vytvárajú dvaja potenciálni druhí poslovia – diacylglycerol a inozitol 1, 4,5-trifosfát.

Biologické účinky týchto druhých poslov sa realizujú rôznymi spôsobmi. Účinok diacylglycerolu, podobne ako voľných iónov Ca 2+, je sprostredkovaný cez membránu Ca2-dependentný enzým proteínkináza C, ktorý katalyzuje fosforyláciu vnútrobunkových enzýmov, čím sa mení ich aktivita. Inozitol 1,4,5-trifosfát sa viaže na špecifický receptor na endoplazmatickom retikule, čím podporuje uvoľňovanie Ca 2+ iónov do cytosólu.

Údaje prezentované na sekundárnych poslov teda naznačujú, že každý z týchto sprostredkovateľských systémov hormonálny účinok zodpovedá špecifickej triede proteínkináz, hoci nemožno vylúčiť možnosť úzkeho vzťahu medzi týmito systémami. Aktivita proteínkináz typu A je regulovaná cAMP, proteínkináza G pomocou cGMP; Ca2+-kalmodulín-dependentné proteínkinázy sú pod kontrolou intracelulárnej [Ca2+] a proteínkináza typu C je regulovaná diacylglycerolom v synergii s voľným Ca2+ a kyslými fosfolipidmi. Zvýšenie hladiny akéhokoľvek sekundárneho posla vedie k aktivácii zodpovedajúcej triedy proteínkináz a následnej fosforylácii ich proteínových substrátov. V dôsledku toho sa mení nielen aktivita, ale aj regulačné a katalytické vlastnosti mnohých bunkových enzýmových systémov: iónové kanály, intracelulárne konštrukčné prvky a genetický aparát.

2) Realizácia účinku po prieniku hormónu do bunky

V tomto prípade sú receptory pre hormón umiestnené v cytoplazme bunky. Hormóny tohto mechanizmu účinku vďaka svojej lipofilnosti ľahko prenikajú cez membránu do cieľovej bunky a viažu sa na špecifické receptorové proteíny v jej cytoplazme. Komplex hormón-receptor vstupuje do bunkového jadra. V jadre sa komplex rozpadne a hormón interaguje s určitými časťami jadrovej DNA, čo vedie k vytvoreniu špeciálnej messengerovej RNA. Messenger RNA opúšťa jadro a podporuje syntézu proteínu alebo enzýmového proteínu na ribozómoch. Takto pôsobia steroidné hormóny a deriváty tyrozínu – hormóny štítnej žľazy. Ich pôsobenie je charakterizované hlbokou a dlhodobou reštrukturalizáciou bunkového metabolizmu.

Je známe, že účinok steroidných hormónov sa realizuje prostredníctvom genetického aparátu zmenou génovej expresie. Po dodaní s krvnými proteínmi do bunky hormón preniká (difúziou) cez plazmatickú membránu a ďalej cez jadrovú membránu a viaže sa na intranukleárny receptorový proteín. Steroid-proteínový komplex sa potom viaže na regulačnú oblasť DNA, takzvané hormón-senzitívne elementy, čím podporuje transkripciu zodpovedajúcich štruktúrnych génov, indukciu de novo syntézy proteínov a zmeny bunkového metabolizmu v reakcii na hormonálny signál.

Je potrebné zdôrazniť, že hlavnou a charakteristickou črtou molekulárnych mechanizmov účinku dvoch hlavných tried hormónov je, že pôsobenie peptidových hormónov sa realizuje najmä prostredníctvom posttranslačných (postsyntetických) modifikácií proteínov v bunkách, zatiaľ čo steroidné hormóny ( ako aj hormóny štítnej žľazy, retinoidy, hormóny vitamínu D3) pôsobia ako regulátory génovej expresie.

K inaktivácii hormónov dochádza v efektorových orgánoch, hlavne v pečeni, kde hormóny podliehajú rôznym chemickým zmenám väzbou na kyselinu glukurónovú alebo sírovú alebo v dôsledku pôsobenia enzýmov. Čiastočne sa hormóny vylučujú v nezmenenej forme močom. Pôsobenie niektorých hormónov môže byť blokované v dôsledku vylučovania hormónov, ktoré pôsobia antagonisticky.